如果我以5公里/秒的速度发射呢?
无论速度方向如何 , 最终都会落地 。 日常生活中会有感性认知 , 也就是跳跃 。 速度越快 , 你能跳得越高 。 只要速度不超过第二宇宙的速度 , 最终就会被地球引力拉回地球 。 太空中有个术语叫——亚轨道 。 你在书里有所有这些知识 。 为什么会有不懂的学生?你想过吗?因为不懂的同学把火箭发射和卫星发射混为一谈 , 你对这么明显的问题的回答是无关紧要还是不是学生想要的 。 让我简单描述一下卫星发射的过程:
(以红色箭头为卫星载体)火箭(内有卫星)点火发射后 , 到达一定高度(注:是近地面高度 , 不是很高 , 所以认为该高度火箭到地球中心的距离约为地球半径) , 然后火箭释放卫星 , 卫星以约与地球相切的方向发射(可认为是平行于地面的速度方向)(注:这是卫星发射速度 。 不是初始火箭发射速度) , 因为卫星离地面很近 , 这个速度至少必须是第一宇宙速度(当卫星的速度方向真的是短视和地球的切线方向时 , 这就是卫星只需要7.9km/s , 也就是做圆周运动的第一宇宙速度) , 然后卫星就不会掉下来 。 然后我们希望卫星飞向我们想要的轨道(如果我们想要的轨道离地球很远 , 此时的高度不能视为近地卫星的高度) , 那么我们在第二阶段就会进入椭圆轨道 , 然后在第二阶段 。
椭圆轨道的远地点进入第三轨道(这时的第三轨道和第一轨道一样是圆周运动) , 这就把我们想要的卫星送到了想要的轨道上了 。 (别问为什么这么麻烦不直接用火箭把卫星送到第三轨道上 , 全世界都这样做肯定有这样做的原因 , 我就简述一下这样总的原因 。 )这种发射方法有两个优点:一是对火箭推力要求较低;二是发射场的位置不局限在赤道上 。 运行时 , 所具有的机械能越大 , 把卫星发射到离地球越远的轨道 , 在地面应具有的初动能越大 , 即发射速度越大 。 对于环绕速度 , 如果比第一宇宙速度再大一点 , 物体就要脱离环绕轨道 , 飞出去了 , 所以不能再大了 , 它就是最大环绕速度 。 对于发射速度 , 如果物体速度小于发射速度 , 那么它就摆脱不了地球引力 , 也就不会飞到外太空去 , 所以不能再小了 , 它就是最小发射速度 。
第一宇宙速度是怎么算出来的?听说过牛顿的大炮的故事吗:牛顿说在一座高山上架起一门大炮 , 只要这门炮的威力足够大 , 炮弹 的速度足够快 , 炮弹就可以围绕地球不停的转而不会掉下来 。 那炮弹的速度是多少才不会掉下来呢?又是为什么呢?我们已经知道物体在空中自由下落的速度是4.9米每秒 , 而地球是圆形的 , 它每7.9公里就向地平线下下降4.9米 , 如果炮弹每秒飞行7.9公里同时下降4.9米 , 那这发炮弹就永远不会掉下来了 。 长久以来 , 人们一直渴望离开地球 , 去探索地球外面的空间 。 遗憾的是 , 由于无法克服地球的束缚 , 致使这一企盼一直未能实现 。 地球产生的引力 , 不仅抓住人类及地表一切物体不放 , 而且把厚厚的大气层牢牢地约束在自己周围 , 甚至还将38.4万公里以外的月球也“拴”在身旁 。
摆脱地球引力束缚的原理
人类要飞向太空必须首先挣脱地球引力的“枷锁” , 而战胜引力的决窍是提高运动速度 。 英国科学家艾萨克·牛顿在《自然哲学的数学原理》中指出 , 让物体围绕地球旋转 , 利用旋转产生的离心力可以克服地球的引力 。 牛顿设想 , 在一座高山上架起大炮对着前方 , 以一定速度将炮弹平射出去 , 由于地球引力作用 , 炮弹将沿着一条抛物线运动 , 并在到达一定距离后降落到地面 。 如果加大炮弹速度 , 则其射程随之增加 。 当炮弹速度加到足够大的数值时 , 它就能克服地球引力而围绕地球作圆周运动;当炮弹速度大于此一数值时 , 就以发射位置为近地点绕地球作椭圆运动;当炮弹速度再增大时 , 它就脱离地球空间而到行星际空间漫游 。 这个摆脱地球引力束缚的力学原理 , 为人类漫游太空指出了正确方向 。
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